酸堿平衡

　　體液中酸鹼度穩定的現象。溶液中能產生H⁺的溶質稱為酸；能與H⁺結合的溶質稱為堿。例如在

這一反應式中， H ₂ CO ₃為酸， HCO ₃ ^-為堿。體液中的氫離子濃度，即[ H ⁺]，通常用pH來表示，［ H ⁺］的-log值即為pH。溶液pH＜7時為酸性；>7時為堿性；=7時為中性。

　　食物在人體被消化、吸收後經肝臟代謝，可產生大量酸性代謝產物。正常成人每日每千克體重約可產生H⁺1mmol ，兒童2～3mmol，以70千克體重成人為例，每日約可產H⁺70mmol，即等於7×10⁷nmol(nM)，可使細胞外液（占體重約20％）的［ H⁺］增加達5×10⁶nmol/L，嚴重影響體液的pH。但實際上在正常生理情況下，機體能使體液的pH維持在7.35～7.45這一狹窄范圍內，即體液［H⁺］=40±5nmol/L、僅為上述每日產生［H⁺］的12.5萬分之一。99％以上的H⁺均通體液中的緩沖物質及肺、腎的調節被中和並被清除。這種使體液pH穩定地保持在正常范圍的現象，即稱酸堿平衡。

　　體液的正常pH，對人體維持多種生理功能十分重要。例如體內各種生物化學反應所需的酶，都必須在一定pH條件下才能有活性；氧在體內的轉運，血液凝固及肌肉(包括心肌)的收縮……也都要求在此酸堿度范圍內才能正常地進行。而機體是在每日產生及消除大量H⁺的基礎上來維持體液低水平[H⁺]的，因此這種平衡極易被破壞。例如呼吸或腎功能發生障礙，胃腸道由於嘔吐丟失大量H⁺，腹瀉丟失大量HCO₃^-；代謝異常產生大量有機酸（如乳酸、酮體）時，均可出現酸堿平衡失調，即酸中毒或堿中毒。酸堿失衡將嚴重影響全身各臟器的功能，屬全局性的紊亂，當pH＜6.8或>7.8±1時，人體常不能存活。

　　酸堿平衡的調節　酸堿平衡主要依靠以下三方面的調節：

　　體液緩沖系統　緩沖系統由弱酸與其鹽類組成（這稱為緩沖對），具有迅速中和酸及堿的雙重作用，可使體液pH不發生顯著升降。人體緩沖系可歸為三類：

　　①

；②蛋白質 ^-/H蛋白質（包括血紅蛋白鉀鹽/血紅蛋白）；③ 。其中以 系統最重要，因其緩沖容量較大，且有肺、腎作後盾。血漿、細胞間液、細胞內液及骨質均有各自的緩沖系（見表）。它們各自分擔、互相協同處理酸或堿，最終使各部分體液的pH達到平衡，但這過程需經一定時間。血漿區加入HCl後，30分鐘左右血漿pH才能與細胞間液達平衡；數小時後才能與細胞內液達平衡；骨內平衡需2～3天，故隻在慢性持續性酸堿失衡時才起緩沖作用。雖然細胞間液及細胞內液的緩沖作用較緩慢，但緩沖容量大，細胞間液緩沖容量為血漿的3倍；細胞內液緩沖容量占總體液緩沖容量的50％。

各種體液的緩沖系統

　　體液的pH與緩沖系統的關系可用亨德森－哈塞爾巴爾赫二氏公式來表示 :

pH=7.4

　　以碳酸氫鹽緩沖為例說明緩沖機理，當內源或外源的固定酸（碳酸以外的酸）進入體液時，緩沖系HCO₃^-與之發生反應：

其效應是：①強酸變弱酸，避免pH急劇下降；②消耗瞭堿儲備（ HCO ₃ ^-有緩沖酸的作用，故稱為堿儲備），故二氧化碳結合力下降；③ H ₂ CO ₃增多；④酸根，如 SO ₄ ^2-， HPO ₄ ^2-或有機酸根在體內堆積。緩沖系統雖可防止pH急劇下降，但上述四方面影響的消除，尚需肺及腎的調節。同樣，當堿性液進入體液後， H ₂ CO ₃與之反應：

緩沖系統可使強堿變為弱堿，避免pH急劇上升， H ₂ CO ₃降低，堿儲備增加，最終需肺與腎予以恢復。

　　肺的調節　糖和脂肪等在體內氧化後最終雖可產生大量H₂CO₃，H₂CO₃又可發生這樣的變化:

但由於呼吸時不斷排出 CO ₂，使上述反應式由右向左進行，使體內的［ H ⁺］不產生多大影響。

　　上述固定酸被堿儲備緩沖，pH下降，可刺激呼吸中樞使呼吸加深加快，排出更多CO₂，使H₂CO₃下降（緩沖系統的效應③被消除）、［HCO₃^-］/［H₂CO₃］接近正常的20/1 ，pH趨向於正常（①被部分消除）。同理，當代謝性堿中毒時，呼吸受抑，使血中H₂CO₃升高，以使體液pH接近正常。呼吸代償一般需經8～12小時才能達最大限度。

　　腎的調節　腎小管細胞可通過排出H⁺，產生新的

，以補充被消耗的 HCO ₃ ^-（緩沖系統效應②被消除）。 H ⁺與由腎小球濾過的酸根結合後，由尿排除(效應④被消除)。腎調節可使pH恢復正常（效應①完全消除），但腎調節較慢，一般需幾天才完成。其具體調節方式如下：

　　①HCL₃^-重吸收。由腎小球濾過的HCO₃^-，幾乎全部再由腎小管吸收，回吸80～90％位於近端腎小管。這一過程並未增加體液堿儲備，也不影響其pH。堿中毒時，血漿HCO₃^-增加，尿中NaHCO₃排出增加，使體液 pH下降（圖1）。

　　②H⁺的排泌。主要通過遠端腎小管，其方式有二:一為被腎小球過濾的Na₂HPO₄與腎小管排泌的H⁺結合，以弱酸NaH₂PO₄的形式由尿排出（圖2）。二為腎小管細胞分解谷氨酰胺而產生NH₃，NH₃可擴散至腎小管腔與腎排泌的H⁺結合，形成NH₄⁺，NH₄⁺與被腎小球過濾的酸根結合，形成銨鹽由尿排出（圖3）。